La perforación y voladura es el uso controlado de explosivos y otros métodos, como la pirotecnia con voladuras a presión de gas, para romper roca para excavación . Se practica con mayor frecuencia en minas , canteras e ingeniería civil , como la construcción de presas , túneles o carreteras. El resultado de la voladura de roca a menudo se conoce como corte de roca .
Actualmente, en la perforación y voladura se utilizan muchas variedades diferentes de explosivos con diferentes composiciones y propiedades de rendimiento. Los explosivos de mayor velocidad se utilizan para rocas relativamente duras con el fin de hacer añicos y romper la roca, mientras que los explosivos de baja velocidad se utilizan en rocas blandas para generar más presión de gas y un mayor efecto de levantamiento. Por ejemplo, un manual de voladuras de principios del siglo XX comparó los efectos de la pólvora negra con los de una cuña y la dinamita con los de un martillo. [1] Los explosivos más utilizados en la minería hoy en día son mezclas a base de ANFO debido a su menor costo que la dinamita .
Antes de la llegada de las tuneladoras (TBM), la perforación y la voladura eran la única forma económica de excavar túneles largos a través de roca dura, donde no es posible excavar. Incluso hoy en día, el método se sigue utilizando en la construcción de túneles, como por ejemplo en la construcción del túnel de base de Lötschberg . La decisión de construir un túnel utilizando una tuneladora o mediante un método de perforación y voladura incluye una serie de factores. La longitud del túnel es una cuestión clave que debe abordarse porque las grandes tuneladoras para un túnel de roca tienen un alto costo de capital, pero como suelen ser más rápidas que un túnel de perforación y voladura, el precio por metro de túnel es menor. [2] Esto significa que los túneles más cortos tienden a ser menos económicos de construir con una tuneladora y, por lo tanto, generalmente se construyen mediante perforación y voladura. La gestión de las condiciones del terreno también puede tener un efecto significativo en la elección con diferentes métodos adecuados a los diferentes peligros del terreno.
El uso de explosivos en la minería se remonta al año 1627, [3] cuando se utilizó por primera vez pólvora en lugar de herramientas mecánicas en la ciudad húngara (ahora eslovaca ) de Banská Štiavnica . La innovación se extendió rápidamente por Europa y América.
El método estándar para volar rocas era perforar un agujero a una profundidad considerable y depositar una carga de pólvora en el extremo más alejado del agujero y luego llenar el resto del agujero con arcilla o alguna otra sustancia mineral blanda, bien apisonada, para hacer lo más apretado posible. Luego se quitó un alambre colocado en el agujero durante este proceso y se reemplazó con un tren de pólvora. Este tren se encendía con una cerilla lenta , que a menudo consistía simplemente en papel de estraza untado con grasa, destinada a arder el tiempo suficiente para que la persona que la dispara tuviera tiempo suficiente para llegar a un lugar seguro. [4]
La incertidumbre de este método provocó muchos accidentes y se introdujeron diversas medidas para mejorar la seguridad de los implicados. Se trataba de sustituir el alambre de hierro, por el que se forma el paso de la pólvora, por uno de cobre, para eliminar chispas que pudieran encender la pólvora prematuramente. Otro fue el uso de un fusible de seguridad . Consistía en un pequeño tren de pólvora insertado en un cordón impermeable, que ardía a un ritmo constante y uniforme. Este, a su vez, fue reemplazado más tarde por un largo trozo de cable que se usaba para entregar una carga eléctrica para encender el explosivo. El primero en utilizar este método para la voladura submarina fue Charles Pasley , quien lo empleó en 1839 para desmantelar los restos del buque de guerra británico HMS Royal George , que se había convertido en un peligro para el transporte marítimo en Spithead . [4]
Uno de los primeros usos importantes de las voladuras para eliminar rocas se produjo en 1843, cuando el ingeniero civil británico William Cubitt utilizó 18.000 libras de pólvora para eliminar un acantilado de tiza de 400 pies de altura cerca de Dover como parte de la construcción del Ferrocarril del Sureste . Se desplazaron alrededor de 400.000 yardas cúbicas de tiza en un ejercicio que se estimó que ahorró a la empresa seis meses de tiempo y £ 7.000 en gastos. [4]
Si bien la perforación y las voladuras tuvieron un uso limitado en la época preindustrial utilizando pólvora (como en el caso del túnel Blue Ridge en los Estados Unidos, construido en la década de 1850), no fue hasta que se utilizaron explosivos más potentes (y más seguros) , como la dinamita (patentada). 1867), así como los taladros motorizados, se aprovechó todo su potencial.
La perforación y la voladura se utilizaron con éxito para construir túneles en todo el mundo, en particular el túnel ferroviario de Fréjus , el túnel ferroviario de San Gotardo , el túnel del Simplon , el Jungfraubahn e incluso el túnel de carretera más largo del mundo, Lærdalstunnelen , se construyen con este método.
En 1990, se consumieron en los Estados Unidos 2,1 mil millones de kilogramos de explosivos comerciales (12 m 3 per cápita), lo que representa un gasto estimado de 3,5 a 4 mil millones de dólares de 1993 en voladuras. Ese año, la Unión Soviética fue líder en volumen total con 2.700 millones de kg de explosivos consumidos (13 m 3 per cápita), y Australia tuvo el mayor consumo de explosivos per cápita ese año con 45 m 3 per cápita. [5]
Como sugiere el nombre, la perforación y voladura funciona de la siguiente manera:
Las posiciones y profundidades de los agujeros (y la cantidad de explosivo que recibe cada agujero) están determinadas por un patrón cuidadosamente construido, que, junto con el momento correcto de las explosiones individuales, garantizará que el túnel tendrá una sección transversal aproximadamente circular. .
Durante la operación, se pueden usar tapetes de voladura para contener la explosión, suprimir el polvo y el ruido, para prevenir la caída de rocas y, a veces, para dirigir la explosión. [7] [8]
A medida que avanza un túnel o una excavación, es necesario sostener el techo y las paredes laterales para evitar que la roca caiga dentro de la excavación. La filosofía y los métodos para el soporte de rocas varían ampliamente, pero los sistemas de soporte de rocas típicos pueden incluir:
Normalmente, un sistema de soporte de roca incluiría varios de estos métodos de soporte, cada uno de los cuales pretende desempeñar una función específica en el soporte de roca, como la combinación de anclaje de roca y hormigón proyectado.
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